8.14. Эжекторное сопло
Эжекторное сопло, схема которого изображена на рис. 8.25., состоит из обычного сужающегося сопла 1 и наружного соосно расположенной обечайки 2. Внешняя поверхность дозвукового сопла 1 и внутренняя поверхность обечайки 2 образуют кольцевой эжектор, через который проходит воздух, поступающий из входного устройства двигателя или непосредственно из окружающий атмосферы. Работа эжекторного сопла аналогична работе струйного насоса (эжектора), в котором эжектирующий газ, вытекающий из сопла 1 с большой скоростью, увлекает за собой газ (воздух), находящийся в кольцевом канале, образованном обечайкой и соплом. В результате смешения внутреннего (эжектирующего) и внешнего (эжектируемого) потоков происходит обмен энергиями. Эжектируемый газ (в дальнейшем его будем называть вторичным потоком) приобретает кинетическую энергию вследствие соответствующего уменьшения энергии газа, вытекающего из сопла.
Если в обычном эжекторе осуществляется подсос и прирост кинетической энергии вторичного потока, которая в диффузоре преобразовывается в энергию давления, то в эжекторном сопле вторичный поток имеет повышенное давление и некоторую скорость.
Рассмотрим работу эжекторного сопла для случая, когда располагаемая степень понижения давления больше критической. При этом на срезе из сужающегося сопла в сечении b-b устанавливаются критическая скорость и критические параметры газа.
Рис. 8.25. Схема эжекторного сопла: 1 – сужающееся сопло; 2 – обечайка
Если в этих условиях в простом сужающемся сопле возникает нерасчётный режим недорасширения, то здесь благодаря кольцевой обечайке, внутри которой движется воздух с повышенным давлением, можно осуществить дальнейшее расширение первичного (эжектирующего) потока.
После сечения b-b эжектирующий поток, расширяясь, принимает форму сопла Лаваля, роль стенок которого выполняют границы струи. Так обеспечивается получение сверхзвуковых скоростей газа.
Поток эжектируемого (вторичного) воздуха, двигаясь на начальном участке a-b диффузорного канала, притормаживается, что приводит к повышению его давления. Затем после сечения b-b вследствие уменьшения площади проходных сечений эжектируемый воздух, движущийся с дозвуковой скоростью по сужающемуся каналу, ускоряется. Так как ускорение сопровождается понижением давления воздуха, то в сечении d-d давление газов и воздуха оказывается одинаковым. Это сечение называют сечением равных давлений. Если в сечении d-d устанавливается атмосферное давление, то расширение эжектирующего газа будет полным.
Заметим, что повышенное давление во вторичном потоке является следствием дросселирующего действия, вызываемого малой плошадью сечения d-d.
Под воздействием этого повышенного давления на внешней поверхности сужающегося сопла создается осевое усилие, которое почти полностью компенсирует потерю тяги, вызванную отсутствием у сопла твёрдых стенок, ограничивающих сверхзвуковую часть сопла.